第十一章-多孔材料ppt课件.ppt

上传人:飞****2 文档编号:82423125 上传时间:2023-03-25 格式:PPT 页数:55 大小:787.50KB
返回 下载 相关 举报
第十一章-多孔材料ppt课件.ppt_第1页
第1页 / 共55页
第十一章-多孔材料ppt课件.ppt_第2页
第2页 / 共55页
点击查看更多>>
资源描述

《第十一章-多孔材料ppt课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第十一章-多孔材料ppt课件.ppt(55页珍藏版)》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第十一章第十一章 多孔材料多孔材料1.多孔材料及分类多孔材料及分类2.微孔材料微孔材料3.介孔材料介孔材料4.大孔材料大孔材料5.多孔材料的应用多孔材料的应用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1.1.1.1.多孔材料及分类多孔材料及分类多孔材料及分类多孔材料及分类 国国际际纯纯化化学学及及应应用用化化学学联联合合会会按按孔孔径径的的大大小小对对多多孔孔材材料料进行了分类进

2、行了分类:微孔微孔(孔径孔径 50 nm)。多多孔孔材材料料是是当当前前材材料料科科学学中中发发展展较较为为迅迅速速的的一一种种材材料料,特特别别是是孔孔径径在在纳纳米米级级的的多多孔孔材材料料,具具有有许许多多独独特特的的性性质质和和较较强强的的应应用用性性,引引起起了了科科学学界界及及工工商商界界的的重重视视。美美国国能能源源部部曾曾为为用用于于选选择择透透过过膜膜分分离离技技术术的的多多孔孔材材料料研研究究提提供供了了巨巨额资助。额资助。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 1993年年,美美国

3、国一一个个多多孔孔材材料料研研究究工工作作组组曾曾确确立立了了以以下下10个个方方面面作作为为多多孔孔材材料料在在工工业业生生产产上上的的可可能能应应用用:a.高高效效气气体体分分离离膜膜;b.化化学学过过程程的的催催化化膜膜;c.高高速速电电子子系系统统的的衬衬底底材料;材料;d.光学通讯材料的先驱体;光学通讯材料的先驱体;e.高效隔热材料;高效隔热材料;f.燃燃料料电电池池的的多多孔孔电电极极;g.电电池池的的分分离离介介质质和和电电极极;h.燃燃料料(包包括括天天然然气气和和氢氢气气)的的存存储储介介质质;i.环环境境净净化化的的选选择择吸收剂;吸收剂;j.可重复使用的特殊过滤装置。可重

4、复使用的特殊过滤装置。多多孔孔材材料料的的研研究究范范围围很很广广,目目前前研研究究得得较较多多的的有有各各种种无无机机凝凝胶胶、有有机机凝凝胶胶、多多孔孔半半导导体体材材料料、多多孔孔金金属属材材料料等等。这这些些材材料料的的共共同同特特点点是是密密度度小小、孔孔隙隙率率高高、比比表表面面积积大大、对气体有选择性透过作用。对气体有选择性透过作用。一一般般说说来来,材材料料的的孔孔径径小小,则则气气体体的的渗渗透透性性差差而而选选择择透透过过性性好好;材材料料的的孔孔径径大大,则则气气体体的的渗渗透透性性好好而而选选择择透透过过性差性差。介孔材料两方面性能都好,因而受到广泛重视。介孔材料两方面

5、性能都好,因而受到广泛重视。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用微微孔孔材材料料多多为为沸沸石石分分子子筛筛,其其骨骨架架元元素素是是硅硅、铝铝(称称为为骨骨架架硅硅、铝铝)及及与与其其配配位位的的氧氧原原子子,也也可可以以用用磷磷、镓镓、锗锗、钒钒、钛钛、铬铬和和铁铁等等元元素素取取代代或或部部分分取取代代骨骨架架硅硅或或铝铝,而而形形成一些成一些杂原子型分子筛杂原子型分子筛。通通常常在在讨讨论论分分子子筛筛时时,除除非非特特别别指指明明骨骨架架元元素素外外,一一般均指硅铝分子筛。般均指硅铝分子筛。

6、2.2.微孔材料微孔材料微孔材料微孔材料1 1)微孔材料的结构及特点)微孔材料的结构及特点)微孔材料的结构及特点)微孔材料的结构及特点经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 分子分子筛1932年,年,McBain提出了提出了“分子分子筛”的概念。分子的概念。分子筛是指具是指具有均匀的微孔,其孔径与一般分子大小相当的一有均匀的微孔,其孔径与一般分子大小相当的一类物物质。分子分子筛的的应用非常广泛,可以作高效干燥用非常广泛,可以作高效干燥剂、选择性吸附性吸附剂、催化、催化剂、离子交、离子交换剂等。等。常用分

7、子常用分子筛为结晶晶态的硅酸的硅酸盐或硅或硅铝酸酸盐,是由硅氧四面,是由硅氧四面体或体或铝氧四面体通氧四面体通过氧氧桥键相相连而形成分子尺寸大小(通而形成分子尺寸大小(通常常为0.32 nm)的孔道和空腔体系,因吸附分子大小和)的孔道和空腔体系,因吸附分子大小和形状不同而具有形状不同而具有筛分大小不同的流体分子的能力。分大小不同的流体分子的能力。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用硅酸盐结构硅酸盐结构硅酸盐结构硅酸盐结构硅酸盐结构的图示法硅酸盐结构的图示法 硅酸盐种类极多,其结构可分为链状、片状和三维

8、网络硅酸盐种类极多,其结构可分为链状、片状和三维网络状,但其基本结构单元都是硅氧四面体。状,但其基本结构单元都是硅氧四面体。SiOOOO SiO44-(单聚正硅酸根单聚正硅酸根)从从 O Si 连连线投影,线投影,得到平面得到平面图形,中心是图形,中心是 Si和一个和一个 O 的重叠,的重叠,则单聚正硅酸根可表示如右图:则单聚正硅酸根可表示如右图:焦硅酸根焦硅酸根 Si2O76-二聚硅酸根二聚硅酸根经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用硅氧四面体共用两个顶点,可连接成长链硅氧四面体共用两个顶点,可连接成

9、长链:这种链状硅酸根之间,通过阳离子相互结合成束,即这种链状硅酸根之间,通过阳离子相互结合成束,即成成纤维状硅酸盐,如石棉。纤维状硅酸盐,如石棉。通式通式 Si n O 3n+1 (2n+2)-石棉石棉 经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 硅氧四面体共用两硅氧四面体共用两个顶点,形成环状阴个顶点,形成环状阴离子结构离子结构:如:如绿柱石绿柱石 Be3Al2(SiO3)6 经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用

10、 SiO44-共三个顶点相联,可形成片状(层状)结构,层共三个顶点相联,可形成片状(层状)结构,层与层之间通过阳离子约束,得片层状硅酸盐。与层之间通过阳离子约束,得片层状硅酸盐。如云母如云母 KMg3(OH)2 Si3 AlO10 金云母金云母经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 SiO44-共用四个顶点,结成三维网络状结构,如沸石类。共用四个顶点,结成三维网络状结构,如沸石类。沸石有微孔,有笼,有吸附性。孔道规格均一。沸石有微孔,有笼,有吸附性。孔道规格均一。根据孔径的大小,可筛选分子,称根据孔径的

11、大小,可筛选分子,称沸石分子筛。沸石分子筛。由于沸石分子筛的孔道一致,故对分子的选择性强,不同于由于沸石分子筛的孔道一致,故对分子的选择性强,不同于活性炭,见下图的对比。活性炭,见下图的对比。活性炭活性炭分子半径分子半径吸附量吸附量沸石分子筛沸石分子筛分子半径分子半径吸附量吸附量 石油工业上广泛使用沸石分子筛做催化剂或催化剂载体。石油工业上广泛使用沸石分子筛做催化剂或催化剂载体。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用A型沸石型沸石 Na2O Al2O3 2SiO2 5H2O硅铝硅铝分子筛分子筛分子筛分子

12、筛 (Molecular sieves)(Molecular sieves)沸石沸石沸石沸石(Zeolites)(Zeolites)的组成和结构的组成和结构的组成和结构的组成和结构 沸石是一类最重要的分子筛,其骨架由顶角相连的沸石是一类最重要的分子筛,其骨架由顶角相连的 SiO4和和 AlO4 四面体组成四面体组成.分子筛的功能和用途分子筛的功能和用途分子筛的功能和用途分子筛的功能和用途 离子交换功能离子交换功能 吸附功能吸附功能 分离功能分离功能 催化功能催化功能 A型沸石的结构骨架型沸石的结构骨架经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为

13、消费者购买商品的价款或接受服务的费用构构成成硅硅铝铝沸沸石石分分子子筛筛骨骨架架的的最最基基本本结结构构单单元元是是硅硅氧氧四四面面体体(SiO4)和和铝铝氧氧四四面面体体(AlO4),在在磷磷酸酸铝铝分分子子筛筛中中,则则为为磷磷氧氧四四面面体体(PO4)。在在这这些些四四面面体体中中,硅硅、铝铝和和磷磷都都以以高高价价氧氧化化态态的的形形式式出出现现,采采取取SP3杂杂化化轨轨道道与与氧氧原原子子成成键键。由由于于硅硅或或铝铝的的原原子子半半径径比比氧氧原原子子半半径径小小得得多多,因因此此,它它们们处处于于氧氧原原子子组组成成的的四四面面体体的的包包围围之之中中,这这些些四四面面体体又又

14、通通过过氧氧桥桥连接成不同的骨架结构。连接成不同的骨架结构。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 沸石分子筛具有如下特点:沸石分子筛具有如下特点:在在分分子子筛筛骨骨架架结结构构中中形形成成许许多多有有规规则则的的孔孔道道和和空空腔腔,这这些些孔孔道道和和空空腔腔在在分分子子筛筛形形成成过过程程中中充充满满着着水水分分子子和和一一些些阳阳离离子子,其其中中水水分分子子可可以以通通过过加加热热脱脱除除,形形成成有有规规则则的的孔孔道道和和空空腔腔结结构构骨骨架架,通通道道的的尺尺寸寸大大到到足足够够允允

15、许许客客体体分子通过,而阳离子则定位在孔道或空腔中一定位置上。分子通过,而阳离子则定位在孔道或空腔中一定位置上。在在孔孔道道和和空空腔腔中中的的阳阳离离子子是是可可以以交交换换的的,经经阳阳离离子子交交换换后后,可可以以使使分分子子筛筛的的催催化化及及吸吸附附性性能能产产生生较较大大的的变变化化,例例如如A型型分分子子筛筛骨骨架架中中的的钠钠离离子子可可以以被被K+、Ca2+所所交交换换。不不同同离离子子交交换换后后的的A型型分分子子筛筛的的吸吸附附有有效效孔孔径径会会发发生生变变化化;用用稀稀土土离离子子交交换换后后的的Y型型分分子子筛筛具具有有很很好好的的催催化化反应活性。反应活性。经营者

16、提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2 2)微孔材料的合成及机理)微孔材料的合成及机理)微孔材料的合成及机理)微孔材料的合成及机理传传统统的的分分子子筛筛合合成成是是以以水水玻玻璃璃和和偏偏铝铝酸酸钠钠为为原原理理制制备备硅铝分子筛,其基本化学过程为硅铝分子筛,其基本化学过程为成成胶胶:一一定定比比例例的的NaAlO2和和Na2SiO3在在有有相相当当高高的的pH值的水溶液中形成碱性值的水溶液中形成碱性硅铝凝胶硅铝凝胶。a a)分子筛的合成)分子筛的合成)分子筛的合成)分子筛的合成 晶晶化化:在在适适当当的

17、的温温度度下下及及相相应应饱饱和和水水蒸蒸气气压压力力下下,处处于于过过饱饱和和态态的的硅硅铝铝凝凝胶胶转转化化为为结结晶晶。不不同同类类型型的的分分子子筛筛的的合成方法如下图所示。合成方法如下图所示。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 近近年年来来,由由于于技技术术的的发发展展,分分子子筛筛的的合合成成由由传传统统的的水水玻玻璃璃和和偏偏铝铝酸酸钠钠为为原原料料向向以以

18、天天然然的的黏黏土土为为原原料料,在在碱碱性性条条件件下下直直接接水水热热合合成成分分子子筛筛的的方方向向发发展展,比比较较成成功功的的是是以以高高岭土为原料合成岭土为原料合成A型和型和Y型分子筛型分子筛。在在以以高高岭岭土土为为原原料料时时,首首先先必必须须将将高高岭岭土土活活化化,即即在在750900oC条条件件下下灼灼烧烧脱脱水水形形成成偏偏高高岭岭土土。偏偏高高岭岭土土在在一一定定的的碱碱性性和和硅硅铝铝比比的的条条件件下下,于于100150oC水水热热处处理理46h,即即可可得得到到晶晶体体结结构构不不同同的的A型型分分子子筛筛;Y型型分分子子筛筛则则反反应应条条件比较苛刻,硅铝比也

19、要以高模数的水玻璃配制。件比较苛刻,硅铝比也要以高模数的水玻璃配制。以以高高岭岭土土为为原原料料制制备备分分子子筛筛的的优优点点是是高高岭岭土土的的硅硅铝铝比比和和A型型分分子子筛筛的的硅硅铝铝比比相相近近,因因此此分分子子筛筛的的硅硅源源和和铝铝源源可可以以由由同同一一种种天天然然黏黏土土矿矿提提供供,可可以以避避免免使使用用纯纯度度高高的的单单组组分分原原料料,降降低低了了生生产产成成本本,提提高高了了黏黏土土矿矿的的应应用用领领域域和和产产品品的的价值。价值。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用

20、b)b)分子筛转化机理分子筛转化机理分子筛转化机理分子筛转化机理 沸沸石石的的生生成成涉涉及及硅硅酸酸根根与与铝铝酸酸根根的的缩缩聚聚反反应应;溶溶胶胶的的形形成成、结结构构和和转转变变,凝凝胶胶的的生生成成和和结结构构;沸沸石石的的成成核核,沸沸石石的的晶晶体体生生长长以以及及硅硅酸酸根根的的聚聚合合态态和和结结构构;硅硅铝铝酸酸根根的的结结构,亚稳相的性质和转变等。构,亚稳相的性质和转变等。固固相相转转变变机机理理也也称称为为固固相相机机理理,由由D.W.Breck和和E.M.Flanigen在在对对硅硅酸酸盐盐化化学学分分析析和和电电镜镜研研究究的的基基础础上上提提出出来来的的。他他们们

21、发发现现,沸沸石石晶晶化化过过程程总总是是伴伴随随着着无无定定形形凝凝胶胶固固相相的的形形成成,而而初初始始凝凝胶胶的的组组成成总总是是和和最最终终沸沸石石产产物物的的组组成成相相似。似。)、固相转变机理、固相转变机理、固相转变机理、固相转变机理经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 固固相相机机理理认认为为,在在晶晶化化过过程程中中既既没没有有凝凝胶胶固固相相的的溶溶解解,也也没没有有液液相相直直接接参参与与沸沸石石的的成成核核与与晶晶体体生生长长。在在凝凝胶胶固固相相中中,由由于于硅硅铝铝酸酸盐盐骨

22、骨架架缩缩聚聚、重重排排而而导导致致沸沸石石的的成成核核和和晶晶体的生长。体的生长。固相转化固相转化固相转化固相转化机理示意图机理示意图机理示意图机理示意图经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 液液相相转转变变机机理理也也称称为为液液相相机机理理,与与固固相相机机理理的的分分歧歧主主要要在在于于液液相相组组分分是是否否参参与与了了沸沸石石的的晶晶化化。这这两两种种观观点点是是互互相相对对立立的的,各各有有各各自自的的实实验验依依据据。从从目目前前来来看看,关关于于液液相相机理的实验依据较多,而且较充分

23、。机理的实验依据较多,而且较充分。ii)ii)液相转变机理液相转变机理液相转变机理液相转变机理液相转化机理示意图液相转化机理示意图液相转化机理示意图液相转化机理示意图经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 Zhdanov等等人人详详细细地地论论述述了了液液相相机机理理,并并用用实实验验加加以以证证明明。他他们们认认为为沸沸石石晶晶核核是是在在液液相相中中或或在在凝凝胶胶的的界界面面上上形形成成的的,晶晶核核生生长长消消耗耗溶溶液液中中的的硅硅酸酸根根水水合合离离子子:溶溶液液提提供供了了沸沸石石晶晶体体

24、生生长长所所需需要要的的可可溶溶性性结结构构单单元元,晶晶化化过过程程中中液液相相组组分分的的消消耗导致了凝胶固相的继续溶解。耗导致了凝胶固相的继续溶解。Kerr和和Oiric等等从从A型型沸沸石石的的研研究究中中提提出出了了液液相相机机理理,认认为为沸沸石石晶晶体体是是从从溶溶液液中中生生长长的的,初初始始凝凝胶胶至至少少是是部部分分地地溶溶解解到到溶溶液液中中,形形成成溶溶液液中中活活性性的的硅硅酸酸根根和和铝铝酸酸根根离离子子,它它们们又又进进一一步步连连接接,构构成成沸沸石石晶晶体体的的结结构构单单元元,并并且且逐逐步步形形成成沸沸石石晶晶体。体。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应

25、当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用液相转化由以下三步组成:液相转化由以下三步组成:初初级级硅硅铝铝酸酸盐盐凝凝胶胶的的生生成成:合合成成A型型沸沸石石的的原原料料组组成成为为1.98Na2OAl2O31.96SiO283H2O,当当原原料料混混合合后后立立即即生生成凝胶,在初始时,体系组成基本上是稳定的。成凝胶,在初始时,体系组成基本上是稳定的。次次级级硅硅铝铝酸酸盐盐凝凝胶胶的的生生成成:将将初初级级凝凝胶胶加加热热到到96oC后后,初初级级凝凝胶胶的的组组成成与与结结构构发发生生了了变变化化。液液相相中中Al(OH)4-几几乎乎全全

26、部部与与硅硅酸酸根根离离子子进进一一步步缩缩聚聚而而成成了了结结构构比比较较紧紧密密的的次次级级凝凝胶胶,此此时时固固相相含含量量增增加加,平平均均粒粒度度变变小小。初初级级凝凝胶胶中中另另一一些些结结构构的的硅硅酸酸根根离离子子进进入入液液相相。虽虽然然由由于于加加热热使使凝凝胶胶的的组组成成与与结结构构发发生生变变化化,然然而而并并不不存存在在直直接接由由凝凝胶胶固固相相转转化化成成晶晶态态沸沸石石的的过过程程。液液相相组组成成的的变变化化说说明明从从初初级级凝凝胶胶到到次次级级凝凝胶胶是是通通过过一一个个全全部部或或局局部部的的重重新新溶溶解解沉沉淀淀过过程程来来实实现现的。的。经营者提

27、供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用次次级级凝凝胶胶的的晶晶化化:晶晶化化过过程程中中固固相相SiO2/Al2O3比比值值下下降降,液液相相中中SiO2/Al2O3比比值值上上升升。这这说说明明晶晶化化过过程程是是通通过过次次级级凝凝胶胶的的溶溶解解来来实实现现晶晶化化的的,硅硅酸酸根根离离子子Raman谱谱图图形形状状发发生生了了变变化化,Angell等等人人认认为为,这这是是由由于于溶溶液液中中酸酸根根离离子子的的聚聚合合态态和和结结构构发发生生了了变变化化,即即在在晶晶化化过过程程中中不不仅仅液液相相的

28、的组组成成发发生生了了变变化化,而而且且液液相相中中硅硅酸酸根根的的状状态态也也有有所所改改变变所所致致。这这些些事事实实说说明明,次次级级凝凝胶胶的的晶晶化化也也是是通通过过溶溶解解再再缩缩聚聚的的过过程程。在在A型型沸沸石石形形成成过过程程中中,有有凝凝胶胶的的溶溶解解和固、液相之间的物质传递过程存在。和固、液相之间的物质传递过程存在。液相转化由以下三步组成:液相转化由以下三步组成:经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 近近年年来来,国国内内外外有有人人提提出出双双相相转转变变机机理理,认认为为沸

29、沸石石晶晶化化的的固固相相转转变变和和液液相相转转变变都都是是存存在在的的,它它们们可可以以分分别别发发生生在两种反应体系中,也可同时在一个体系中发生。在两种反应体系中,也可同时在一个体系中发生。iii)iii)双相转变机理双相转变机理双相转变机理双相转变机理 除除以以上上三三种种转转变变机机理理外外,还还有有学学者者提提出出了了液液相相中中硅硅酸酸根根与与铝铝酸酸根根离离子子的的聚聚合合反反应应机机理理和和阳阳离离子子的的模模板板效效应应机机理理来解释沸石的生成。来解释沸石的生成。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价

30、款或接受服务的费用3 3)微孔材料的改性技术)微孔材料的改性技术)微孔材料的改性技术)微孔材料的改性技术 分分子子筛筛的的改改性性包包括括两两方方面面的的改改性性,即即离离子子交交换换改改性性和和骨骨架架置置换换,骨骨架架置置换换又又可可分分为为气气固固相相置置换换法法和和液液固固相相置置换换法。法。a)a)离子交换改性离子交换改性离子交换改性离子交换改性 离离子子交交换换是是最最常常用用也也最最易易行行的的沸沸石石改改性性方方法法,有有着着广广泛泛的的应应用用。广广义义地地讲讲,它它包包括括沸沸石石骨骨架架内内的的阳阳离离子子交交换换和和骨架外的补偿阳离子交换骨架外的补偿阳离子交换。骨骨架架

31、内内阳阳离离子子的的交交换换既既可可以以在在合合成成的的过过程程中中进进行行也也可可以以在在合合成成后后进进行行,前前者者是是通通过过沸沸石石合合成成的的一一般般方方法法可可以以实实现现,后后者者则则要要通通过过特特殊殊的的取取代代反反应应。对对前前者者,一一个个典典型型的的例例子子是是钛硅分子筛钛硅分子筛TS-1的制备。的制备。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用钛硅分子筛钛硅分子筛TS-1TS-1是一种钛硅分子筛,属是一种钛硅分子筛,属Pentasil型杂原子分子筛,正型杂原子分子筛,正交晶系,具

32、有以交晶系,具有以ZSM-5为代表的三维孔道结构,由为代表的三维孔道结构,由Z字形字形通道和与之相交的椭圆形直通道所组成。通道和与之相交的椭圆形直通道所组成。钛硅分子筛钛硅分子筛TS-1骨架中四配位的骨架中四配位的Ti是选择氧化反应的活性是选择氧化反应的活性中心,中心,TS-1因钛原子在骨架内的均匀分布而形成具有特殊因钛原子在骨架内的均匀分布而形成具有特殊性质的骨架性质的骨架Si-O-Ti键,这使得其在具有催化氧化活性的同键,这使得其在具有催化氧化活性的同时兼具有择形催化性能。由于骨架结构中不存在强酸性的时兼具有择形催化性能。由于骨架结构中不存在强酸性的A1离子,离子,TS-1具有强烈的憎水性

33、,对有具有强烈的憎水性,对有H202参加的各种参加的各种有机化合物的择形氧化反应具有独特的催化性能,这类新有机化合物的择形氧化反应具有独特的催化性能,这类新一代催化材料被看作是绿色化学领域的新型催化剂。一代催化材料被看作是绿色化学领域的新型催化剂。TS-1分子筛已应用于烯烃的环氧化、环己酮的氨氧化、醇类的分子筛已应用于烯烃的环氧化、环己酮的氨氧化、醇类的氧化、饱和烃的氧化和芳烃(苯酚及苯)的羟基化等领域。氧化、饱和烃的氧化和芳烃(苯酚及苯)的羟基化等领域。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1)金属离

34、子与金属离子与Si、Al和和P要有相近的原子直径;要有相近的原子直径;2)金金属属离离子子可可以以通通过过四四面面体体配配位位在在骨骨架架中中。事事实实上上仅仅有有少少数数几几种种金金属属离离子子,如如Co、V、Mn、Ti、Ga等等,能能被被引引入入到到磷磷铝铝酸酸盐盐和和介介孔孔硅硅胶胶类类分分子子筛筛。相相对对而而言言,磷磷酸酸铝铝晶晶胞胞更更适适应应于于这这种种同同晶晶取取代代,但但是是这这样样得得到到的的材材料料比比原原始始材材料料稳稳定性要低。定性要低。理想的骨架内阳离子交换应该满足理想的骨架内阳离子交换应该满足:经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到

35、的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 通通常常所所说说的的离离子子交交换换是是指指骨骨架架外外的的补补偿偿阳阳离离子子交交换换。初初始始合合成成沸沸石石骨骨架架外外的的补补偿偿离离子子一一般般是是氢氢质质子子和和碱碱金金属属或或碱碱土土金金属属离离子子,一一般般为为钠钠型型,它它们们很很容容易易在在金金属属盐盐的的水水溶溶液中被离子交换制成各种价态的其它金属离子型沸石。液中被离子交换制成各种价态的其它金属离子型沸石。影响沸石离子交换的主要因素有:影响沸石离子交换的主要因素有:Si/Al比,骨架中铝越多,可交换中心越多;比,骨架中铝越多,可交换中心越多;沸石的结构类型和制

36、备条件;沸石的结构类型和制备条件;交交换换离离子子的的水水解解度度;反反应应温温度度;是是否否存存在在其其它它可可交交换换离离子;被交换阳离子在沸石内的位置等。子;被交换阳离子在沸石内的位置等。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 (1)用用SiCl4脱脱铝铝:H.K.Beyer用用SiCl4处处理理Y型型分分子子筛筛,在在适适当当的的反反应应条条件件下下沸沸石石骨骨架架中中的的铝铝可可以以被被硅硅置置换换,得得到到高高硅硅铝铝比比的的Y型型分分子子筛筛。沸沸石石脱脱铝铝程程度度主主要要取取决决于于反

37、反应应时时间间,其其次次是是反反应应温温度度。Y型型沸沸石石的的反反应应温温度度范范围围是是510530oC,反应时间,反应时间2h,所得产物硅铝比范围为,所得产物硅铝比范围为40100。b)b)气固相置换法气固相置换法气固相置换法气固相置换法 (2)用用光光气气COCl2脱脱铝铝:由由无无机机物物通通过过氯氯化化反反应应可可以以除除去去某某种种杂杂质质得得到到启启示示,沸沸石石也也可可以以通通过过氯氯化化反反应应进进行行脱脱铝铝提提高高硅硅铝铝比比,这这种种既既作作氯氯化化剂剂又又作作脱脱铝铝剂剂的的物物质质是是COCl2。也也可可以以用用CO和和Cl2的的混混合合气气体体代代替替光光气气来

38、来进进行行沸沸石石的的脱脱铝铝反反应应,因因为为CO与与Cl2甚甚至至在在室室温温下下即即可可化化合合生生成成光光气气,而而单独的单独的CO或或Cl2都不能作为有效的脱铝剂。都不能作为有效的脱铝剂。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 (3)用用AlCl3脱脱硅硅:沸沸石石的的催催化化活活性性与与其其骨骨架架中中铝铝的的含含量量有有直直接接联联系系,高高硅硅的的分分子子筛筛经经AlCl3蒸蒸气气处处理理、水水解解和和灼灼烧烧后,在这些沸石中可产生新的择形性强酸中心。后,在这些沸石中可产生新的择形性强酸

39、中心。(4)气固相置换法合成杂原子分子筛气固相置换法合成杂原子分子筛:气气固固相相置置换换法法合合成成杂杂原原子子分分子子筛筛是是一一种种行行之之有有效效的的方方法法,可可以以简简便便地地将将Ti、B、Si等等杂杂原原子子引引入入到到硅硅铝铝分分子子筛筛和和AlPO4分分子子筛筛的的骨骨架架中中,因因此此,这这种种方方法法也也可可用用来来考考察察某某种种原子在沸石骨架中能否稳定存在。原子在沸石骨架中能否稳定存在。气气固固相相置置换换法法合合成成杂杂原原子子分分子子筛筛要要求求沸沸石石原原粉粉和和反反应应装装置要保持充分干燥。置要保持充分干燥。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的

40、要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用c)c)液固相置换法液固相置换法液固相置换法液固相置换法 相相对对来来说说,沸沸石石骨骨架架中中的的Al比比较较不不稳稳定定,在在液液相相中中与与某某些些络络合合剂剂作作用用时时,骨骨架架Al可可以以被被络络合合进进入入液液相相而而留留下下空空位位,而而溶溶液液中中以以单单聚聚态态形形式式存存在在的的硅硅酸酸根根离离子子可可以以进进入入沸沸石石骨骨架架中中的的空空位位或或缺缺陷陷位位置置。这这种种固固液液相相置置换换过过程程又又叫叫反反晶晶化化过过程程,可可以以提提高高沸沸石石的的硅硅铝铝比比,是是改改善善性性能能的

41、的一一种种有有效方法。效方法。(1)氟氟硅硅酸酸盐盐法法(NH4)2SiF6是是一一种种理理想想的的盐盐类类,在在溶溶液液中中发发生生水水解解生生成成H+、F-和和单单聚聚态态SiO44-离离子子。SiO44-离离子子可可以以进进入入沸沸石石骨骨架架空空间间,使使沸沸石石骨骨架架更更完完整整,从从而而提提高高硅硅铝铝比。比。(2)H4EDTA法法:H4EDTA是是一一种种很很好好的的络络合合剂剂,与与Al3+离离子子能能很很好好络络合合。将将稀稀溶溶液液加加入入到到沸沸石石中中进进行行反反应应,可可以以除除去沸石骨架中去沸石骨架中50的的Al原子,所得产物结晶度良好。原子,所得产物结晶度良好。

42、经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用3.3.3.3.介孔材料介孔材料介孔材料介孔材料 中中孔孔分分子子筛筛指指以以表表面面活活性性剂剂为为模模板板剂剂,利利用用溶溶胶胶凝凝胶胶、乳乳化化或或微微乳乳化化等等化化学学过过程程,通通过过有有机机物物和和无无机机物物之之间间的的界界面面作作用用组组装装生生成成的的一一类类孔孔径径在在1.330nm之之间间、孔孔分分布布窄窄且且具具有有规规则则孔孔道道结结构构的的无无机机多多孔孔材材料料。它它的的出出现现以以1992年年美美孚孚(Mobil)公公司司的的研研究

43、究人人员员首首次次合合成成出出M41S型型中中孔孔分分子子筛为标志,现已成为材料研究的热门之一。筛为标志,现已成为材料研究的热门之一。1)1)介孔材料的特性介孔材料的特性介孔材料的特性介孔材料的特性(孔径孔径 250 nm)经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 中中孔孔分分子子筛筛的的结结构构和和性性能能介介于于无无定定形形无无机机多多孔孔材材料料(如如无无定定形形硅硅铝铝酸酸盐盐)和和具具有有晶晶体体结结构构的的无无机机多多孔孔材材料料(如如沸沸石石分分子筛子筛)之间,之间,其主要特征为其主要特征为

44、:a.具具有有规规则则的的孔孔道道结结构构;b.孔孔径径分分布布窄窄,且且在在1.330nm之之间间可可以以调调节节;c.经经过过优优化化合合成成条条件件或或后后处处理理,可可具具有有很很好好的的热热稳稳定定性性和和一一定定的的水水热热稳稳定定性性;d.颗颗粒粒具具有有规规则则外外形形,且且可可在在微微米米尺尺度度内内保保持持高高度度的的孔孔道道有有序序性性。由由于于这这类类中中孔孔材材料料大大大大超超出出了了常常规规分分子子筛筛(孔孔径径1.5nm)的的孔孔径径范范围围且且稳稳定定性性好好,因因此此,它它的的研研究究对对催催化化作作用用、膜膜分分离离技术以及分子工程等方面均有显著意义技术以及

45、分子工程等方面均有显著意义。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 目目前前合合成成中中孔孔分分子子筛筛主主要要采采用用水水热热合合成成法法、室室温温合合成成法法、微微波波合合成成法法、湿湿胶胶焙焙烧烧法法、相相转转变变法法,在在非非水水体体系系中中的的合合成也有少量报道。成也有少量报道。在在其其合合成成过过程程中中涉涉及及到到众众多多的的物物理理化化学学过过程程,如如从从表表面面活活性性剂剂的的角角度度涉涉及及到到胶胶束束、液液晶晶、乳乳状状液液、微微乳乳或或囊囊胞胞等等不不同同相相态态的的形形成成过

46、过程程;从从无无机机物物种种来来考考虑虑将将涉涉及及到到溶溶胶胶凝凝胶胶过过程程、配配位位化化学学、无无机机物物种种的的不不同同化化学学状状态态的的热热力力学学分分布布和和无无机机物物种种的的缩缩聚聚动动力力学学等等;界界面面组组装装过过程程则则涉涉及及到到两两相相在在界界面面的的组组装装作作用用力力(如如静静电电作作用用、氢氢键键或或范范德德华华力力、配配位位键键等等),且且最最终终的的两两相相组组装装结结构构将将是是热热力力学学和和几几何何因因素素两者均有利的结果两者均有利的结果。2)2)介孔材料的合成机理介孔材料的合成机理介孔材料的合成机理介孔材料的合成机理经营者提供商品或者服务有欺诈行

47、为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 上上述述各各因因素素彼彼此此关关联联,使使得得合合成成过过程程中中的的每每一一步步骤骤都都可可能能对对产产物物的的结结构构和和性性能能产产生生影影响响,从从而而使使中中孔孔分分子子筛的合成规律复杂,增加了对其机理研究的难度。筛的合成规律复杂,增加了对其机理研究的难度。不不同同研研究究人人员员针针对对各各自自特特定定的的反反应应体体系系,运运用用EPR、XRD、TEM、SEM、FTIR、N2吸吸附附脱脱附附等等温温线线等等表表征征手手段段,对对其其机机理理提提出出了了不不同同的的看看法法,比比较

48、较有有代代表表性性的的有以下两种观点。有以下两种观点。Electron Paramagnetic Resonance 经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第第一一种种观观点点为为液液晶晶模模板板机机理理(liquid crystal templating mechanism 或或liquid crystal phase initiated,LCT)。主主要要认认为为中中孔孔分分子子筛筛的的合合成成以以表表面面活活性性剂剂的的不不同同,溶溶致致液液晶晶相相为为模模板板。这这种种观观点点简简单单直直观观而

49、而且且可可直直接接借借用用液液晶晶化化学学中中的的某某些些概概念念来来解解释释合合成成过过程程中中的的很很多多试试验验现现象象,因因此此在在M41S型型中中孔孔分分子子筛筛的的发发展展初初期期被被广广泛泛接接受受。但但是是,随随着着对对中中孔孔分分子筛研究的深入,子筛研究的深入,LCT机理面临了难以克服的两个问题。机理面临了难以克服的两个问题。一一是是Monnier等等人人在在1993年年发发现现在在硅硅酸酸盐盐不不发发生生缩缩聚聚和和CTAB Water体体系系中中只只有有胶胶团团存存在在时时,将将两两者者混混合合并并经经过过水水热热反反应应后后可可以以生生成成M41S型型中中孔孔分分子子筛

50、筛。二二是是Huo等等人人在在1995年年用用双双阳阳离离子子型型表表面面活活性性剂剂合合成成出出了了含含有有笼笼结结构构的的三三维维六六角角相相产产物物SBA2,其其空空间间结结构构为为D6h4-P6/mmc,这这种种对对称结构在表面活性剂溶致液晶的相结构中尚未见报道。称结构在表面活性剂溶致液晶的相结构中尚未见报道。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第第二二种种观观点点,即即协协同同作作用用机机理理(cooperative formation mechanism 或或 silicate anion

展开阅读全文
相关资源
相关搜索

当前位置:首页 > 教育专区 > 教案示例

本站为文档C TO C交易模式,本站只提供存储空间、用户上传的文档直接被用户下载,本站只是中间服务平台,本站所有文档下载所得的收益归上传人(含作者)所有。本站仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容本身不做任何修改或编辑。若文档所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知淘文阁网,我们立即给予删除!客服QQ:136780468 微信:18945177775 电话:18904686070

工信部备案号:黑ICP备15003705号© 2020-2023 www.taowenge.com 淘文阁